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半导体和电子设备自动化:指南
半导体和PCB组装机器人系统 <unk>安装,部件放置和检查自动化,具有精度要求.
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电子制造要求低于100微米的精度,清洁室的合规性和超过85%的OEE.本指南涵盖机器人选择,视觉整合和半导体和PCB组装的力控制.
准确性要求
电子装配是最具精度要求的机器人应用之一.
子 接/ 子 接**: ±10μm的位置精度.一个人的头发是70μm ,这相当于头发宽度的七分之一.需要专门的 结器,具有视觉指导的校正,振动隔离和热补偿. - SMT (表面安装技术) PCB组装:标准组件 (402阻,QFPIC) 时 ±50μm;细
的BGA包装时 ±25μm.现代选用机器 (JUKI,福建,帕纳索尼) 在这些宽容度上运行,每小时可放置50,000多个位置. - 通过孔插入组件: ±100μm,由于组件线程更大,更大的耐受性.选择性
接机器人在此范围内运行. - 协作机器人 (UR3e,Franka) 在控制条件下实现 ±50μm的重复性,足以进行SMT重工和灵活的组装线,但不能用于高速的大规模生产,其中专用的选用机器获得吞吐量.
电子装配机器人类型
- ** 德尔塔机器人**
高速度取-和-位置的标准.FANUC M-1iA:150+取/分钟, ±25μm可重复性,清洁室级 (IP65,第6类清洁室选项).平行动力学提供高加速,运动量低.最适合:组件单独化,小件分类,IC处理. - SCARA机器人
为平面组装优化的四轴机器人.Epson T3: ±15μm重复性,5kg有效载荷,PCB组装.Yaskawa SG650: ±10μm,35个选/分钟.最适合:PCB组装,托盘装载,连接器插入.中速应用的成本低于德尔塔. - **协作臂 (6-DOF) **
UR3e,Franka Research 3. ±50μm重复性,3 5kg有效载荷,无需安全 .最适合:灵活的组装电池,在<30分钟内换机,重工站,低量高混合生产.与特用线的输出与 delta/SCARA不竞争.
视觉整合
- 结构光3D视觉 (Keyence,SICK,Photoneo)
对工件投射一个模式,并测量变形,以重建3D几何学.测量精度: <5μm.用于: 接粘合剂检查,组件高度测量,共平度检查.扫描时间:每视野100ms 500ms. - 2D机器视觉,具有子像素精度 (Cognex,Basler,Allied Vision)
为组件位置和方向的工作马.图案匹配将组件中心定位在 ±5μm.条码/QR码读取可追溯性.每张图像的检查速度为50ms,分辨率为20兆像素. - **自动光学检查 (AOI) **
专用2D或3D检查系统扫描组装的PCB,以查找缺失组件,错误组件,墓石,不够 接.吞吐量:1m2/分钟.假阳性率:<0.1%在现代系统上.
对于微妙的零件的强力控制
许多半导体和电子装配任务需要控制插入力以避免损坏:
- ** 电压测量力/扭矩传感器** (ATI,Rokubi,OnRobot Hex)
测量机器人手腕的6轴力/扭矩.分辨率:0.01 N.用于:连接器插入 (检测点击),板级IC座椅,微妙的MEMS传感器处理. - 脆弱部件的强力限制:MEMS加速计,晶振荡器和薄玻璃基板裂纹在1
5N.强力控制必须限制这些部件的接触力在<1N,即时停止超载检测. - 阻力控制
机器人不按照位置轨迹进行精确操作,而是作为弹 :如果遇到意外的阻力,它会遵守,而不是强迫.
清洁室的合规性
- ISO类5 (类100): ≤3,520颗粒/m3 0.5μm. 需要用于裸体
处理,晶圆加工.机器人必须使用清洁室级 滑剂,密封的关节,无产生颗粒材料. - ISO类6
7 : ≤35,200352,000颗粒/m3.足以用于大多数PCB组装和测试.标准工业机器人可使用盖面和过 空气流. - ESD接地:与电子设备接触的所有机器人组件都必须是ESD安全的 (<1MΩ到地面).机器人手腕的接地带,ESD安全的抓住器手指尖,离子化空气棒来中和输送器的静电.
- 粒子生成:目标为5级环境:电缆管理,
杆覆盖关节,不 钢紧固件减少粒子生成.
编程和转型
- CAD-to-path进口
进口PCB Gerber文件或CAD组件到自动生成的放置程序.减少了新的产品的编程时间,从几天到几个小时. - 视觉指导的校正
摄像头系统测量实际部件位置,并动态调整放置位置. 无需重新编程,处理PCB面板到面板的变化. - 转换时间:一个具有快速变换工具的灵活协作机器人细胞在<30分钟内实现了新产品的转换.专用高速线路需要2
8小时的机械转换.
绩效目标
| Metric | Definition | Target | World Class |
|---|---|---|---|
| OEE (Overall Equipment Effectiveness) | Availability × Performance × Quality | > 85% | > 92% |
| Defect rate | Defective placements per million | < 50 PPM | < 10 PPM |
| MTBE (Mean Time Between Errors) | Operating time between placement errors | > 24 hours | > 72 hours |
| Changeover time (flexible cell) | Time to set up for a new product | < 30 minutes | < 15 minutes |
| Placement accuracy (SMT) | Component center offset from target | ≤ ±50 μm | ≤ ±25 μm |
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电子制造的精密自动化
斯威尔士电路集成委员会提供工程咨询,细胞设计和人工智能指导视觉集成,用于半导体和PCB组装自动化.